Faça Chuva ou Faça Sol: Visão de Radar Enxerga Através das Nuvens para Apoiar o Socorro de Emergência para Enchentes

por Carlo Ruiz

As inundações geralmente vêm com várias condições climáticas ruins, como nuvens espessas, chuva severa e ventos fortes.

Os sistemas de ciência de dados com tecnologia de GPU agora podem ajudar pesquisadores e equipes de resposta de emergência a inundações a ver tudo isso.

John Murray, Professor Visitante do Geographic Data Science Lab da Universidade de Liverpool, desenvolveu a cuSAR, uma plataforma que pode monitorar as condições do solo usando dados de radar da Agência Espacial Europeia.

A cuSAR usa dados de satélite para criar imagens que retratem informações geográficas precisas sobre o que está acontecendo no solo, abaixo das condições climáticas ruins.

Para criar a plataforma de visão de radar, Murray usou o pacote NVIDIA RAPIDS de bibliotecas de software e a plataforma de computação paralela CUDA, bem como as GPUs NVIDIA.

Resposta de Emergência a Inundações

A plataforma foi originalmente projetada para o setor de seguros imobiliários, pois os provedores de hipotecas e seguros precisam avaliar os riscos que afetam as propriedades, incluindo inundações.

O uso de dados de satélite dessa forma exige imagens claras do solo, mas a obtenção de imagens para análise poderia significar uma espera de semanas pelas pausas na notória cobertura de nuvens da Grã-Bretanha. Com a cuSAR, os usuários podem obter insights quase em tempo real.

Os casos de uso da plataforma de visão de radar agora se expandiram para o setor de segurança.

O North Wales Regional Emergency Planning Service entrou em contato pela primeira vez com o Geographic Data Science Lab para obter ajuda com inundações graves que ocorreram no Dee Valley há alguns anos. Nuvens baixas e densas pairavam sobre o vale, tornando impossível para a equipe pilotar helicópteros. Além disso, os drones não ofereciam uma visão geral suficiente de como as várzeas ao longo do rio estavam se comportando.

Usando a plataforma de análise de imagens com tecnologia de GPU NVIDIA, Murray pôde oferecer renderizações de alta qualidade das áreas afetadas todos os dias das inundações. O serviço de planejamento de emergência usou essas informações para alocar seus recursos limitados para áreas críticas, ajustando seus esforços à medida que as inundações avançavam.

No ano passado, o laboratório forneceu dados de radar para monitorar uma fábrica de vacinas ameaçada pelo aumento do nível da água. As equipes de resposta de emergência conseguiram enviar helicópteros, o que as condições climáticas permitiram dessa vez, para os locais exatos para melhor combater as inundações.

Corrigindo uma Visão Distorcida

Não é simples criar, a partir de dados de radares, imagens que podem ser analisadas.

Devido à curvatura da Terra, a perspectiva das imagens de satélite fica distorcida. Essa distorção precisa ser matematicamente corrigida e sobreposta com dados de localização, usando um processo chamado rubber sheeting, para que seja obtida uma geolocalização precisa.

Uma manifestação típica de radar contém meio bilhão de pontos de dados, apresentados como uma grade.

The distortion of a satellite image.
(Um exemplo da distorção de uma imagem de radar em comparação com o local a que ela corresponde. Cortesia da Fusion Data Science Ltd CC BY-SA 3.0.)

“Você não pode simplesmente pegar dados de radar e fazer uma imagem a partir deles”, disse Murray. “Há muito processamento e matemática envolvidos, e é aí que entram as GPUs.”

Murray escreveu o código para cuSAR usando o NVIDIA RAPIDS e Python Numba CUDA, que combina perfeitamente os dados de radar e localização.

O código tradicional do Java ou Python normalmente levaria cerca de 40 minutos para fornecer uma saída. Com uma GPU NVIDIA, isso leva apenas quatro segundos.

Depois que os dados são processados, a plataforma gera uma imagem com informações geográficas precisas que correspondem às coordenadas da grade do Ordnance Survey.

Quinze minutos após os dados do satélite serem recebidos, eles podem ser enviados às equipes de ajuda de emergência, dando-lhes o conhecimento necessário para reagir efetivamente a uma situação em rápida evolução no solo.

Proteção contra Enchentes para o Futuro

Na última década, o Reino Unido bateu vários recordes de meses mais úmidos. Notavelmente, 2020 foi o primeiro ano registrado que ficou entre os 10 primeiros lugares nos três principais rankings meteorológicos: mais quente, mais úmido e mais ensolarado. O Met Office prevê que inundações severas podem ser quase cinco vezes mais prováveis em 50 anos.

Tecnologias como a cuSAR permitem que pesquisadores e socorristas monitorem e reajam a desastres em tempo hábil, protegendo casas e empresas mais vulneráveis ao agravamento das condições climáticas.

Imagem em destaque cortesia dos dados do Copernicus Sentinel, processados pela ESA CC BY-SA 3.0.